DE3036710A1

DE3036710A1 - Photolacquer structure with photoresist layer - is on deep UV or electron positive resist

Info

Publication number: DE3036710A1
Application number: DE19803036710
Authority: DE
Inventors: Siegfried Dipl.-Chem. Dr.rer.nat. 8552 Höchstadt Birkle; Roland Dipl.-Chem. Dr.rer.nat. 8551 Röttenbach Rubner; Reiner Ing.(grad.) 8000 München Sigusch; Dietrich Dr.-Ing. 8025 Unterhaching Widmann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1980-09-29
Filing date: 1980-09-29
Publication date: 1982-05-13
Also published as: DE3036710C2

Abstract

The photolacquer structure is produced by irradiating photoresist on a substrate using actinic radiation. A layer that may be degraded by energetic radiation or by a dry etching process is formed on the substrate and the photoresist layer is formed on top of it. The degradable layer contains compounds that absorb UV and/or visible light. The degradable layer may be an electron positive resist or a deep UV resist and is thicker than the photoresist layer. The advantage lies in avoiding interference whilst at the same time maintaining good resolution factors.

Description

Verfahren zur Erzeugung von PhotolackstrukturenProcess for the production of photoresist structures

Die Erfindung betrifft ein Verfahren-zur Erzeugung von Photolackstrukturen durch Bestrahlen eines auf einem Substrat befindlichen Photoresists mit aktinischem Licht.The invention relates to a method for producing photoresist structures by irradiating a photoresist located on a substrate with actinic Light.

Die Photolacktechnik ist eines der genauesten Verfahren zur Strukturierung der Oberflächen von Metallen, Halbleitern und Isolatoren. Die dabei verwendeten lichtempfindlichen Lacke, die Photoresists, sind filmbildende Materialien, deren Löslichkeit sich nach der Belichtung mit aktinischem Licht stark ändert.The photoresist technology is one of the most precise methods for structuring the surfaces of metals, semiconductors and insulators. The ones used light-sensitive lacquers, the photoresists, are film-forming materials, their Solubility changes greatly after exposure to actinic light.

Bei den sogenannten Positivresists ist der Lackfilm nach der Belichtung löslich. Bei der Verwendung derartiger Resists werden deshalb die Photolack- bzw Reliefstrukturen in der Weise erze#ugt, daß diejenigen Bereiche des Lackfilmes belichtet werden, die entfernt werden sollen. Beim Entwickeln der bereichsweise belichteten Lackschicht werden dann die belichteten Bereiche abgelöst. Bei negativ arbeitenden Photoresistsystemen, den sogenannten Negativresists, ist der Lackfilm nach der Belichtung unlöslich, dsho beim nachfolgenden Entwickeln werden (nur) die unbelichteten Filmteile herausgelöst.With the so-called positive resists, the lacquer film is after exposure soluble. When using such resists, therefore, the photoresist or Relief structures are created in such a way that those areas of the lacquer film are exposed to be removed. When developing the areas exposed The exposed areas are then peeled off. With negative working Photoresist systems, the so-called negative resists, are the lacquer film after exposure insoluble, i.e. (only) the unexposed parts of the film become during subsequent development detached.

Um bei der Reliefstrukturerzeugung enge Toleranzen der lateralen Abmessungen der Lackstrukturen einzuhalten, ist es erforderlich, daß die Lichtintensität in den belichteten Bereichen möglichst gleich ist, d.h. eine Schwankung der Intensität innerhalb der belichteten Bereiche oder von einem belichteten Bereich zum anderen ist unerwünscht. Bei der Verwendung von Positivresists beispielsweise führt nämlich eine größere Intensität nach dem Entwickeln zu kleineren Abmessungen der Photolackstrukturen.In order to have narrow tolerances of the lateral dimensions when creating the relief structure to adhere to the paint structures, it is necessary that the light intensity in is as similar as possible to the exposed areas, i.e. one fluctuation the intensity within the exposed areas or from an exposed area on the other hand is undesirable. When using positive resists, for example namely, a larger intensity leads to smaller dimensions after development of the photoresist structures.

Die in die Photolackschicht beim Belichten ~,eingekoppelte" Lichtintensität kann nun aber örtlich schwanken, auch wenn die auf die zu belichtenden Bereiche auftreffende Lichtintensität über alle diese Bereiche hinweg gleich ist. Ursache für diese unterschiedliche Einkoppelung sind Interferenzeffekte,die bei Belichtung mit monochromatischem Licht besonders stark ausgeprägt sind. Es hat sich gezeigt, daß bereits geringe Schwankungen in der Lackdicke (ca. 50 nm) zu Intensltätsschwankungen bis zu einem Faktor 2 führen können. Die Interferenzeffek# sind im übrigen nicht nur deshalb störend, weil sie zu Schwankungen der Lacklinienbreiten führen, sondern auch deshalb, weil beim Justieren im sichtbaren Wellenlängenbereich störende Newtonsche Interferenzstreifen auftreten, die die Erkennung von Strukturkanten beeinträchtigen (siehe: "Siemens Forschungs- und Entwicklungsberichte", Bd. 3 (1974), Seiten 390 bis 393).The light intensity "coupled" into the photoresist layer during exposure can now fluctuate locally, even if it affects the areas to be exposed incident light intensity is the same across all these areas. root cause for this different coupling are interference effects that occur during exposure are particularly pronounced with monochromatic light. It has shown, that even small fluctuations in the paint thickness (approx. 50 nm) lead to fluctuations in intensity up to a factor of 2. Incidentally, the interference effects are not only annoying because they lead to fluctuations in the paint line widths, but also because Newtonian interferes with adjustment in the visible wavelength range Interference fringes occur, which impair the detection of structure edges (See: "Siemens Research and Development Reports", Vol. 3 (1974), pages 390 to 393).

Bei einer auf einem Substrat angeordneten Lackschicht wird je nach Phasenlage zwischen den einfallenden und den reflektierten Lichtwellen unterschiedlich viel Intensität in die Lackschicht eingekoppelt. Die maximale Einkoppelung erfolgt bei Phasengleichheit. Dieser Fall liegt dann vor, wenn die Lackdicke dL der Bedingung genügt wobei m = 1, 2, 3, 4 ... ist und XL die Belichtungswellenlänge im Photolack; dabei gilt: L L L =XV/nLS wobei lv die Lichtwellenlänge im Vakuum und nL der Brechungsindex des Photolackes ist.In the case of a lacquer layer arranged on a substrate, different intensities are coupled into the lacquer layer depending on the phase position between the incident and the reflected light waves. The maximum coupling occurs when the phases are identical. This is the case when the paint thickness dL meets the condition where m = 1, 2, 3, 4 ... and XL is the exposure wavelength in the photoresist; where: LLL = XV / nLS where lv is the light wavelength in a vacuum and nL is the refractive index of the photoresist.

Der Effekt unterschiedlicher Intensitätskoppelung in den Photolack kann durch Belichtung mit breitbandigem Licht bzw. durch Belichtung mit mehreren Wellenlängen vermindert werden. Außerdem ist es bekannt, daß der Effekt um so weniger ausgeprägt ist, je weniger reflektierend das Substrat ist, je dicker die Lackschicht ist und je stärker die Lackschicht das Licht absorbiert.The effect of different intensity coupling in the photoresist can by exposure to broadband light or by exposure to several Wavelengths are reduced. In addition, it is known that the less the effect the less reflective the substrate, the thicker the lacquer layer and the more the paint layer absorbs the light.

Die genannten Maßnahmen sind jedoch mit verschiedenen Nachteilen behaftet. So hängt das Auflösungsvermögen von der Dicke der Lackschicht ab, d.h. je dicker die Lackschicht ist, desto geringer ist das Auflösungsvermögen. Andererseits wirkt sich die Belichtung umso unterschiedlicher auf die oberen und unteren Bereiche der Lackschicht aus, je stärker das Absorptionsvermögen ist; angestrebt wird aber eine gleichmäßige Veränderung der Eigenschaften der bestrahlten Schichtpartie. Die Verwendung von breitbandigem Licht bzw.However, the measures mentioned have various disadvantages. The resolution depends on the thickness of the lacquer layer, i.e. the thicker it is the lacquer layer, the lower the resolution. On the other hand works the exposure is all the more different on the upper and lower areas of the Lacquer layer from, the stronger the absorption capacity is; but one is strived for uniform change in the properties of the irradiated layer section. The usage of broadband light or

von Licht mit mehreren Wellenlängen schließlich erfordert einen erhöhten technischen Aufwand.of light with multiple wavelengths ultimately requires an increased technical effort.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, das die Erzeugung von maßgetreuen Photolackstrukturen erlaubt. Insbesondere sollen unerwünschte Interferenzeffekte vermieden werden, ohne daß dabei andere Nachteile, wie verringertes Auflösungsvermögen, in Kauf genommen werden müssen.The object of the invention is to provide a method that the generation of true-to-size photoresist structures allowed. In particular, undesired interference effects should can be avoided without other disadvantages, such as reduced resolution, must be accepted.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß auf das Substrat eine durch energiereiche Strahlung oder durch Trockenätzprozesse abbaubare Schicht und darauf eine Schicht des Photoresists aufgebracht wird.This is achieved according to the invention in that on the substrate a layer degradable by high-energy radiation or by dry etching processes and a layer of the photoresist is applied thereon.

Mit dem Begriff "energiereiche Strahlung" werden im Rahmen der vorliegenden Patentanmeldung folgende Strahlenarten bezeichnet: kurzwellige W-(Deep-W-) und Ionenstrahlung. Unter"Trockenätzprozeß" werden Verfahren wie Plasmaätzen, reaktives Ionenätzen und Sputtern verstanden. Der Begriff "abbaubar" schließlich bedeutet, daß eine Kettenverkürzung der Polymermoleküle infolge von Bindungsbrüchen erfolgt.With the term "high-energy radiation" in the context of the present Patent application designates the following types of radiation: short-wave W (Deep-W) and ion radiation. The "dry etching process" includes processes such as plasma etching, reactive ion etching and Understand sputtering. Finally, the term "degradable" means that the chain is shortened of the polymer molecules occurs as a result of bond breaks.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren stellt die obere der beiden auf das Substrat aufgebrachten Schichten die eigentliche Photoresistschicht dar. Diese Schicht wird mit Hilfe bekannter Maskenbelichtungstechniken bereichsweise belichtet, und zwar mit W- und/oder sichtbarem Licht, und anschließend wird entwickelt, wobei die löslichen Anteile der Schicht herausgelöst werden. Die von der auf diese Weise gebildeten Lackmaske, dh. der Photoresistschicht, nicht mehr bedeckten Teilbereiche der unteren Schicht werden nachfolgend durch energiereiche Strahlung oder durch Trockenätzprozesse abgebaut. Gegebenenfalls kann sich daran ein Lösungsmittelentwicklerprozeß anschließen.In the method according to the invention, the upper of the two places on the The layers applied to the substrate represent the actual photoresist layer. This layer is exposed in areas using known mask exposure techniques, and although with UV and / or visible light, and then it is developed, with the soluble parts of the layer are dissolved out. Those educated in this way Lacquer mask, ie. the photoresist layer, subregions of the lower ones that are no longer covered The layers are subsequently created using high-energy radiation or dry etching processes reduced. If necessary, this can be followed by a solvent developer process.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren weist die Photoresistschicht - aufgrund des Vorhandenseins zweier Schichten -auch bei Niveau-, d.h. Höhenunterschiede aufweisenden Substraten eine gleichmäßige Dicke auf. Bei diesem Verfahren bewirkt die untere Schicht darüber hinaus eine wesentlich homogenere Verteilung des vom Substrat rückgestreuten Lichtes als dies sonst der Fall ist.In the method according to the invention, the photoresist layer has due the existence of two layers - even at levels - i.e. differences in height Substrates have a uniform thickness. In this procedure, the lower causes Layer also has a much more homogeneous distribution of the substrate backscattered Light than is otherwise the case.

'Vorteilhaft kann beim erfindungsgemäßen Verfahren die untere, d.h. die abbaubare Schicht Verbindungen enthalten, die W- und/oder sichtbares Licht absorbieren; die Absorption soll dabei insbesondere im Wellenlängenbereich etwa zwischen 300 und600-nm erfolgen, vorzugsweise etwa zwischen 350 und 450 -nm. Bei einer derartigen Maßnahme verhindert die untere Schicht eine Rückstreuung der bei der Bestrahlung der oberen (Photoresist-)Schicht auf die untere Schicht auftreffenden Strahlung.'Advantageously, in the method according to the invention, the lower, i. the degradable layer contain compounds that absorb UV and / or visible light; the absorption should be particularly in the wavelength range between approximately 300 and 600 nm, preferably between about 350 and 450 nm. With such a Measure prevents the lower layer from backscattering during irradiation of the upper (photoresist) layer impinging on the lower layer.

Als W- und/oder sichtbares Licht absorbierende Zusätze zur unteren Schicht eignen sich beispielsweise folgende Verbindungen bzw Verbindungsklassen: Benzophenonderivate, Azobenzole, Chinone, Fluore#none, Fulvene, Dienone, Zimtsäurederivate, Salicylate, Polyene, wie Cyanine, Polymethine, Polyenaldehyde, Polyensäuren, Polyenketone und Carotine, polyanellierte Aromaten, nicht alternierende Kohlenwasserstoffe, Heteroaromaten, wie Benzotriazole, Methylorange, Anthrachinonfarbstoffe, wie Alizarine,sowie Azo-, Azin-, Acridin-, Oxazin-, Thiazin und Triarylmethanfarbstoffe. Bevorzugt werden dabei solche Zusätze verwendet, die gegen Bestrahlung mit W- und/oder sichtbarem Licht stabil sind, wie Salicylate, polyanellierte Aromaten, Heteroaromaten, Anthrachinone und Alizarine.As UV and / or visible light absorbing additives to the lower Layer, for example, the following connections or connection classes are suitable: Benzophenone derivatives, azobenzenes, quinones, fluors # none, fulvenes, dienones, cinnamic acid derivatives, Salicylates, polyenes, such as cyanines, polymethines, polyenaldehydes, polyenoic acids, polyenketones and carotenes, polyannelated aromatics, non-alternating hydrocarbons, heteroaromatics, such as benzotriazoles, methyl orange, anthraquinone dyes, such as alizarine, as well as azo, Azine, acridine, oxazine, thiazine and triarylmethane dyes. To be favoured such additives are used that resist irradiation with UV and / or visible Are light stable, such as salicylates, polyannelated aromatics, heteroaromatics, anthraquinones and Alizarine.

In der oberen Schicht können beim erfindungsgemäßen Verfahren sowohl positive als auch negative Photoresists verwendet werden. Besonders eignen sich dabei die auf der Basis von Novolaken und Diazochinonen aufgebauten Positivresists sowie auf Polyvinylcinnamatbasis oder auf der Basis von cyclisierten Polyisoprenen und Diazidverbindungen beruhende Negativresists.In the method according to the invention, both positive as well as negative photoresists can be used. Are particularly suitable the positive resists based on novolaks and diazoquinones as well as based on polyvinyl cinnamate or on the basis of cyclized Negative resists based on polyisoprenes and diazide compounds.

In der abbaubaren Schicht finden vorzugsweise Deep-W-oder Elektronenpositivresists Verwendung. Derartige Resists weisen den Vorteil auf, daß sie durch Trockenätzprozesse besonders leicht abbaubar sind bzw. sich leicht verflüchtigen. Geeignete Elektronenpositivresists sind beispielsweise: Polyolefinsulfone, wie Polybuten-1 -sulfon und cyclische Polyolefinsulfone, Polystyrolsulfone, Polyalkylmethacrylate, insbesondere Polymethylmethacrylat (PMMA) und Copolymere von Methylmethacrylat mit ck -Chlor- oder cL-Cyan-Acrylaten bzw.Deep-W or electron positive resists are preferably found in the degradable layer Use. Resists of this type have the advantage that they can be produced by dry etching processes are particularly easily degradable or easily volatilized. Suitable electron positive resists are for example: polyolefin sulfones, such as polybutene-1 sulfone and cyclic polyolefin sulfones, Polystyrene sulfones, polyalkyl methacrylates, especially polymethyl methacrylate (PMMA) and copolymers of methyl methacrylate with ck -chloro- or cL-cyano-acrylates resp.

mit Methacrylnitril, vorvernetzte PMMA-Typen aus Methylmethacrylatcopolymeren mit Methacrylsäure und Methacrylsäurechlorid bzw. Methacrylsäure,vorvernetztes Polymethacrylamid, Polymethacrylat mit fluorierter Esterkomponente, Polybenzylme thacrylester, Polymethylisopropenylketon, Polyisobttylen und dessen Copolymere sowie # -Cyanoäthylacrylat- i -Amidoäthylacrylat-Copolymere.with methacrylonitrile, pre-crosslinked PMMA types made from methyl methacrylate copolymers with methacrylic acid and methacrylic acid chloride or methacrylic acid, pre-crosslinked polymethacrylamide, Polymethacrylate with fluorinated ester component, polybenzyl methacrylate, polymethyl isopropenyl ketone, Polyisobttylene and its copolymers and # -Cyanoäthylacrylat- i -amidoethyl acrylate copolymers.

Ferner ist es beim erfindungsgemäßen Verfahren von Vorteil, wenn die abbaubare Schicht eine größere Dicke aufweist als die (eigentliche) Photoresistschicht. Der der Resistschicht geltende Einebnungseffekt der abbaubaren Schicht ist nämlich umso wirkungsvoller, je dicker die abbaubare Schicht ist.It is also advantageous in the method according to the invention if the degradable layer has a greater thickness than the (actual) photoresist layer. The leveling effect of the degradable layer which applies to the resist layer is namely the thicker the degradable layer, the more effective it is.

Anhand von Ausführungsbeispielen soll die Erfindung noch niher er#utert word#n.The invention is to be explained in greater detail on the basis of exemplary embodiments word # n.

Beispiel 1 Auf einem 3"-Wafer, der unterschiedliche Strukturhöhen aufweist, wird zur Planarisierung aus einer siegen PMNA-Lösung, welche ß -Carotin gelöst enthält, mittels "spin-coating" ein 1,5 /um dicker Film erzeugt. Auf dieser 45 min lang bei ca. 1000C getrockneten ersten Schicht wird mit der gleichen Schleudertechnik, ausgehend von einer käuflichen Positiv-Photoresistlösung auf der Basis von Novolaken und Diazochinonen CAZ 1350 J) eine OJ5 /um dicke Photolackschicht erzeugt und bei ca. 90 C getrocknet. Danach wird die Photoresistschicht nach bekannten Photolithographieverfahren strukturiert, d.h. unter Verwendung einer Photomaske im Bereich von 350 bis 450 nm bestrahlt und nachfolgend wäßrig-alkalisch entwickelt. Die freigelegten Bereiche der unteren Lackschicht werden dann unter Verwendung eines Plasjna-Plattenreaktors mit einem Sauerstoffpartialdruck von 0,7 mbar mit einer Energie von 1000 W maßgetreu, d.h. ohne Unterschneidung der Lackmaskenstrukturen, entfernt.Example 1 On a 3 "wafer with different structure heights has, is used for planarization from a victorious PMNA solution, which ß-carotene contains dissolved, a 1.5 / µm thick film is produced by means of "spin-coating". On this The first layer is dried for 45 minutes at approx. 1000C using the same centrifugal technique, starting from a commercially available positive photoresist solution based on novolaks and diazoquinones CAZ 1350 J) an OJ5 / µm thick photoresist layer is produced and at dried at approx. 90 ° C. Thereafter, the photoresist layer is made using known photolithography methods structured, i.e. using a photomask in the range from 350 to 450 nm irradiated and subsequently developed in an aqueous-alkaline manner. The exposed areas the lower layer of lacquer are then applied using a Plasjna plate reactor with an oxygen partial pressure of 0.7 mbar with an energy of 1000 W true to size, i.e. removed without undercutting the resist mask structures.

Beispiel 2 Nach der in Beispiel 1 beschriebenen Weise wird ein unterschiedliche Strukturhöhen aufweisender Wafer mit einer Doppellackschicht versehen.Dann wird die Photoresistschicht in der beschriebenen Weise strukturiert, wobei eine dem Substrat angepaßte Deep-Uv-Lackmaske erhalten wird. Durch diese Lackmaske wird die darunter befindliche PMMA-Schicht, die im Bereich um 220 nm empfindlich ist, mit einer Quecksilberniederdrucklampe bestrahlt. Die bestrahlten Bereiche werden anschließend mit einem Methylisobutylketon/Äthanol-Entwicklergemisch herausgelöst.Example 2 Following the manner described in Example 1, a different Wafers with structural heights are provided with a double layer of lacquer the photoresist layer is structured in the manner described, one being the substrate adapted deep UV lacquer mask is obtained. This lacquer mask is the one underneath located PMMA layer, which is sensitive in the range around 220 nm, with a low-pressure mercury lamp irradiated. The irradiated areas are then treated with a methyl isobutyl ketone / ethanol developer mixture detached.

4 Patentansprüche4 claims

Claims

Claims method for producing photoresist structures by Irradiating a photoresist located on a substrate with actinic light, d a -d u r c h e k e n n n z e i c h n e t that on the substrate a through high-energy Radiation or a layer degradable by dry etching processes and a layer on top des Photores: sts is applied.

2. The method of claim 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c That is, the degradable layer is W and / or visible light absorbing compounds contains.

3. The method according to claim 1 or 2, d a d u r c h g e k e n n z It is true that a deep-W or electron positive resist is used as the degradable layer is used.

4. The method according to any one of claims 1 to 3, d a -d u r c h g e it is not noted that the degradable layer has a greater thickness than the photoresist layer.